強(qiáng)夯聯(lián)合降水法地基處理中孔隙水壓力觀測應(yīng)用

李傳凱++李恒等

摘 要：通過對高真空擊密法地基處理過程中地下土的孔隙水壓力觀測，結(jié)合地質(zhì)情況、施工工藝等，分析強(qiáng)夯聯(lián)合降水法地基處理過程中的孔隙水壓力變化情況，評價(jià)地基處理的效果和影響因素，為設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地基處理 孔隙水壓力 影響因素

隨著國家加大水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，越來越多的陸域形成需要進(jìn)行地基處理來滿足承載力的要求。高真空擊密法地基處理是排水和擊密的循環(huán)過程，每遍排水后進(jìn)行一遍擊密。為確保施工區(qū)域不受外圍地下水的影響和施工現(xiàn)場排水通暢，需在施工邊線開挖排水溝、并設(shè)置封水管。外圍封管從開始施工保持到點(diǎn)夯結(jié)束。真空管降水根據(jù)土層分布情況分層設(shè)置深管和淺管，每遍高真空排水，水位需降至2m，然后進(jìn)行下一步強(qiáng)夯施工，需對土體進(jìn)行跳排夯擊，以提高土體的密實(shí)度。

高真空擊密法地基處理的特點(diǎn)

對飽和土夯前先進(jìn)行高真空排水，屬于主動排水，可有效減小土的飽和度，增加夯擊效率，同時(shí)減小產(chǎn)生的超孔隙水壓力。

滲透系數(shù)較小的軟土，在適當(dāng)夯能的作用下，土中出現(xiàn)的微裂縫可增加土的滲透性能，產(chǎn)生的超孔隙水壓力在再一次真空 “壓差”的作用下可進(jìn)一步增加排水效果。為此，提出實(shí)施第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時(shí)進(jìn)行的排水工序。多遍高真空擊密排水最終以達(dá)到降低飽和軟土含水量為目標(biāo)。施工工序如下圖所示：

由施工工序可以看出，在每遍高真空排水、擊密過后均需要對加固效果進(jìn)行信息化檢測，其檢測項(xiàng)目包含沉降量監(jiān)測、含水量監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、真空度監(jiān)測、靜力觸探試驗(yàn)等。通常在強(qiáng)夯過程中，會引起土中超靜孔隙水壓力的增加，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》明確了兩遍夯擊之間的時(shí)間間隔取決于土中超孔隙水壓力的消散時(shí)間，在不確定孔隙水壓力消散時(shí)間下盲目進(jìn)行下一遍強(qiáng)夯施工，不僅影響施工工期還影響加固效果。

工程應(yīng)用

為了更好的表征強(qiáng)夯期間和強(qiáng)夯之后土中超孔隙水壓力的變化過程，擬對某工程的強(qiáng)夯區(qū)（包含C區(qū)、D區(qū)）第二遍強(qiáng)夯過程進(jìn)行試驗(yàn)分析。強(qiáng)夯參數(shù)為每遍夯點(diǎn)布置為4.5×4m、夯擊能量為1800～2200kN·m、擊數(shù)為4擊。

1、地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)測繪及鉆孔揭露，工程區(qū)范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層、更新統(tǒng)沖洪積層與人工堆積層；下伏基巖為古生界志留系中統(tǒng)墳頭組地層。各地層巖性從上至下敘述如下：①人工堆積層（Qs）素填土：主要分布于大堤堤身及其兩側(cè)壓浸平臺，堤身填筑土厚度一般7～9m，兩側(cè)壓浸平臺填土厚1～3m，填筑土以粉質(zhì)粘土為主，少量粉土、粉細(xì)砂團(tuán)塊，密實(shí)程度不均一。②第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）工程區(qū)第四系全新統(tǒng)沖積層，由上至下大致為粉質(zhì)粘土、粉土、中細(xì)砂、卵石。

2、孔隙水壓力計(jì)的布設(shè)及觀測原則

孔隙水壓力計(jì)布設(shè)情況如下：①C區(qū)布設(shè)孔3孔，D區(qū)布設(shè)2孔，強(qiáng)夯場外3米處布置1孔，孔間距對稱分布于試驗(yàn)區(qū)。②每孔埋入4個(gè)孔隙水壓力傳感器，壓力傳感器的深度從地基表面以下10米開始往上埋入，分別為10米處、8米處、6米處、4米處、每處埋入一個(gè)孔隙水壓力傳感器。③孔隙水壓力傳感器周圍采用干凈的中粗砂作為透水填料回填，透水填料層高度在0.6米～1.0米之間。上下兩個(gè)孔隙水壓力傳感器之間用直徑2cm左右的風(fēng)干粘土球作隔水填料，隔水填料層的高度不小于1米。

孔隙水壓力的觀測遵循如下原則：①強(qiáng)夯前采集每個(gè)孔隙水壓力計(jì)初始頻率值。②強(qiáng)夯期間重點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，其中強(qiáng)夯時(shí)每夯1～2錘采集一次壓力計(jì)的頻率值，直至最后夯完采集到孔隙水壓力最大時(shí)的頻率值。③夯后每天觀測采集1～2次孔隙水壓力計(jì)頻率值。直至孔隙水壓力消散到趨于穩(wěn)定時(shí)止。

觀測成果

工程C區(qū)于某年1月5日開始進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯（工程D區(qū)于1月6日開始進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯），通過強(qiáng)夯前埋入的孔隙水壓力計(jì)采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：

1、地表下10米處孔隙水壓力變化情況

從兩個(gè)強(qiáng)夯區(qū)地表下10米處5個(gè)傳感器上采集到的數(shù)據(jù)可看出，在強(qiáng)夯前后孔隙水壓力值的變化雜亂無章且無規(guī)律可尋，孔壓值變化不大，表明在夯擊能量為1800～2200kN·m下，其作用對土的孔隙水壓力影響有限，強(qiáng)夯加固效果無法達(dá)到地下10米的深度。

2、地表下其它深度處孔隙水壓力變化情況

從工程C區(qū)和D區(qū)各個(gè)傳感器上采集到的信息可以看出，孔隙水壓力在強(qiáng)夯過程中逐漸增大，強(qiáng)夯最后一擊停止時(shí)達(dá)到峰值，之后開始下降，孔壓值變化圖類似于正態(tài)分布。

因?yàn)楣こ藽區(qū)和D區(qū)的地理位置相差在200米以上，工程C區(qū)和D區(qū)在強(qiáng)夯后的孔隙水壓力下降速度存在明顯不同，工程C區(qū)的下降速率保持在3kPa/天左右，而工程D區(qū)的孔隙水壓力值在第二天就能下降到峰值的70%，結(jié)合工程區(qū)域附近鉆孔所揭露的地質(zhì)情況表明，地下土質(zhì)對孔隙水壓力的消散影響很大。

從工程C區(qū)和D區(qū)各傳感器的孔隙水壓力值觀測圖上可以看出，盡管在強(qiáng)夯過后孔壓值的下降速率不同，但都在強(qiáng)夯7天之后趨于穩(wěn)定，兩個(gè)區(qū)的孔隙水壓力值在強(qiáng)夯7天后都能消散到75%及以上。

3、強(qiáng)夯場外孔隙水壓力變化情況

為了查明強(qiáng)夯場外孔隙水壓力變化情況，本次觀測在強(qiáng)夯區(qū)域之外3米處也布設(shè)了孔隙水壓力傳感器，從采集到的數(shù)據(jù)分析，無論是地表下4米處還是地下10米處，其孔隙水壓力變化均無特定規(guī)律可尋且變化量較小，表明強(qiáng)夯只對其施工區(qū)域內(nèi)的孔隙水壓力有影響，場外作用有限。

結(jié)論及建議

通過工程實(shí)際，對高真空擊密法地基處理過程的孔隙水壓力觀測可以得出以下結(jié)論：①在夯擊能量為1800～2200kN·m下，其地基處理效果無法影響到地下10米或者更深。②孔隙水壓力在強(qiáng)夯期間達(dá)到最大，之后慢慢下降，下降速率與地質(zhì)狀況及土質(zhì)有關(guān)，在強(qiáng)夯過后7天，其孔隙水壓力能消散到75%及以上。③高真空擊密法地基處理只對其強(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)的孔隙水壓力有影響，對工程區(qū)3米以外作用有限。

通過孔隙水壓力的觀測，可以查明強(qiáng)夯期間地下孔隙水壓力的變化情況，確定孔隙水壓力的消散程度，指導(dǎo)下一步施工，同時(shí)通過觀測可以進(jìn)一步揭示地基處理的效果與作用范圍，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)。但是，由于地質(zhì)情況的復(fù)雜多變，受傳感器的精度、施工工藝的不同等諸多因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用過程中仍需逐一考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）

[2]《水運(yùn)工程水工建筑物原型觀測技術(shù)規(guī)范》（JTJ 218-2005）

（第一作者單位：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，第二、三、四作者單位：長江航務(wù)工程質(zhì)量監(jiān)督中心站）endprint